桑园土壤n2o气体源汇功能及土壤酶活性特征(附件)【字数：11548】
摘 要摘 要本实验用静态箱对桑园气体样品进行了采集，气体样品的N2O浓度用气相色谱仪进行检测，并计算出N2O气体排放通量。同时用PVC对桑园土壤样品进行采集，再分析0~30cm深度土样的基本理化性质及其酶活性特征。结果表明，桑园近地面大气N2O平均浓度为345.53ppb，高于全球大气N2O背景值320ppb。计算得到桑园土壤N2O平均排放通量为33.87μg?m-2?h-1，表明桑园土壤是N2O的排放源。温度与土壤含水量是影响桑园土壤N2O排放通量的重要因素。桑园土壤pH值在7.3到7.6之间，呈碱性；含水量在18%~20%之间；有机质含量在0.86%左右。不同深度的土壤脲酶活性相差不大，表明土壤中氮肥含量分布较为均匀，但是磷酸酶和蔗糖酶的活性随着土壤深度的增加而减小，过氧化氢酶活性呈现出表层和深层土壤活性高、中间层土壤活性低的特点。关键词桑园土壤；N2O；排放通量；酶活性
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 土壤N2O产生机理 1
1.2.1 硝化作用 2
1.2.2 反硝化作用 3
1.3 国内外研究进展 3
1.3.1农业生态系统土壤N2O排放研究进展 4
1.3.2自然生态系统土壤N2O排放研究进展 6
1.4 土壤酶活性特征 7
1.5 本课题研究意义 8
第二章 采样区域和实验方法 9
2.1 研究区域概况 9
2.2 样品的采集 9
2.2.1 气体样品的采集 9
2.2.1 土壤样品的采集及预处理 9
2.3 实验试剂与仪器 10
2.3.1 实验试剂 10
2.3.2 实验设备 11
2.4 测定指标及其分析方法 11
2.4.1 气体样品N2O浓度的测定及排放通量的计算 11
2.4.2 土壤主要理化性质的测定 12
2.4.3 土壤四种酶活性的测定 13
第三章 结果与讨论 18
3.1桑园N2O气体通量分析 18
3.2桑园土壤理化性质分析 20
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3.2.1 土壤pH值 20
3.2.2 土壤含水量 21
3.2.3 土壤有机质 21
3.3桑园土壤酶活性分析 22
3.3.1 脲酶活性分析 22
3.3.2 蔗糖酶活性分析 23
3.3.3 磷酸酶活性分析 23
3.3.4 过氧化氢酶活性分析 24
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
第一章 绪论
1.1 研究背景
随着地球上人口数量的迅速增加，人类文明的进步，人类活动对地球环境的影响也越来越大，特别是对气候这一块的影响巨大。气候变化现在已经成为全世界讨论的重要议题，导致全球气候变暖的最主要原因就是自从工业革命以来人类生产生活向大气中排放了大量的温室气体[1]。
温室效应是指红外线在向太空散射时被大气中温室气体吸收，使大多数辐射能又返回到地球表面，进而致使全球温度升高的增温效应[2]。在地球大气中引起温室效应的气体称为温室气体，大体上包括CO2、CH4、N2O、氟利昂和水汽等。其中CO2和N2O这两种气体被认为是最重要的温室气体，对温室效应的贡献率约占15%。
虽然N2O与CO2相比在大气中的含量较低，属于痕量气体，但其增温效应是CO2的296~310倍[3]，在大气中的滞留时间长达150多年，且能通过光化学反应，对大气臭氧有破坏作用[2]。据统计，最近十几年大气中N2O浓度每年的递增速度已达到了0.2%~0.3%，其浓度一旦增加，就很难得到控制和降低。预计到2050年大气中的N2O浓度将达到350～400ppb，如何控制N2O排放已成为刻不容缓的问题。
N2O的排放源主要有生物物质燃烧、化石燃料燃烧和土壤的释放等[4]，而土壤则是大气N2O的主要来源，其释放的N2O约占大气N2O总量的90%。农田生态系统在温室气体排放中占有很重要地位，是大气N2O重要的人为源，农业土壤N2O的排放约占人为排放源的45%[5]。
1.2 土壤N2O产生机理
N2O俗称笑气，是一种无色无毒甜味气体，于1772年被人类发现。在一定条件下可以支持燃烧，在高温下能分解成氮气和氧气，但在室温下稳定，有轻微麻醉作用，并能致人发笑。
农田土壤生物与非生物过程都可以产生N2O[6]。生物过程包含硝化作用、反硝化作用和硝酸根离子异化还原三个反应阶段；而非生物过程较之生物过程比较简单，主要就是化学反硝化作用。一般土壤中N2O气体的生成主要是在生物过程中生物的参与下，在硝化和反硝化的共同作用下完成[7]。
1.2.1 硝化作用
硝化作用是指微生物将NH4+、NH3或RNH2等还原态氮转化为NO2或NO3等氧化态氮的过程。硝化作用共有两种形式，一种为自养硝化，另一种为异养硝化。土壤硝化作用在一般情况下为自养硝化，即在土壤微生物的作用下将NH4+氧化为NO2、NO3，并获得能量的过程。还原态氮在硝化微生物驱动下被氧化为氧化态氮的过程中生成了副产物：N2O和NO。
自养硝化菌的碳源为CO2，并从NH4+或NH3的氧化过程中获得能量。自养硝化作用主要包括两个反应阶段[8]：第一阶段是在羟胺氧化还原酶（HAO）和氨单加氧酶（AMO）的催化下，将铵根离子或氨气氧化为NO2，其中间产物是NH2OH(NOH)；第二阶段是NO2在亚硝酸盐氧化还原酶（NOR）的催化下，被进一步氧化为NO3。通常情况下，这两个阶段分别由亚硝酸盐氧化菌（NOB）和氨氧化细菌两种微生物带动完成。
因为在硝化过程的限速过程中需要氨氧化作用，所以在有关氮生物地球化学循环的微生物学研究中，氨氧化过程的受关注程度要高于亚硝酸盐氧化过程。一直以来，变形菌纲中氨氧化细菌进行的专性好氧化自养过程包含具有代表性的氨氧化过程。在氨氧化古菌（AOA）和厌氧氨氧化细菌被发现之后，科学家们才感觉对于氨氧化微生物的了解根本还不够深入。AOA归属于泉古菌门[9]，是一类以重碳酸盐为碳源并独立于AOB进化分支外的进化类群。亚硝化弧菌属、亚硝化球菌属、亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化叶菌属等AOB菌属可以在土壤中分离出来，但是，当AOB在陆地生态系统中时，其大多数存在于变形菌纲β亚群的Nitrosospira和Nitrosomonas的两个属内。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 土壤N2O产生机理 1
1.2.1 硝化作用 2
1.2.2 反硝化作用 3
1.3 国内外研究进展 3
1.3.1农业生态系统土壤N2O排放研究进展 4
1.3.2自然生态系统土壤N2O排放研究进展 6
1.4 土壤酶活性特征 7
1.5 本课题研究意义 8
第二章 采样区域和实验方法 9
2.1 研究区域概况 9
2.2 样品的采集 9
2.2.1 气体样品的采集 9
2.2.1 土壤样品的采集及预处理 9
2.3 实验试剂与仪器 10
2.3.1 实验试剂 10
2.3.2 实验设备 11
2.4 测定指标及其分析方法 11
2.4.1 气体样品N2O浓度的测定及排放通量的计算 11
2.4.2 土壤主要理化性质的测定 12
2.4.3 土壤四种酶活性的测定 13
第三章 结果与讨论 18
3.1桑园N2O气体通量分析 18
3.2桑园土壤理化性质分析 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
3.2.1 土壤pH值 20
3.2.2 土壤含水量 21
3.2.3 土壤有机质 21
3.3桑园土壤酶活性分析 22
3.3.1 脲酶活性分析 22
3.3.2 蔗糖酶活性分析 23
3.3.3 磷酸酶活性分析 23
3.3.4 过氧化氢酶活性分析 24
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
第一章 绪论
1.1 研究背景
随着地球上人口数量的迅速增加，人类文明的进步，人类活动对地球环境的影响也越来越大，特别是对气候这一块的影响巨大。气候变化现在已经成为全世界讨论的重要议题，导致全球气候变暖的最主要原因就是自从工业革命以来人类生产生活向大气中排放了大量的温室气体[1]。
温室效应是指红外线在向太空散射时被大气中温室气体吸收，使大多数辐射能又返回到地球表面，进而致使全球温度升高的增温效应[2]。在地球大气中引起温室效应的气体称为温室气体，大体上包括CO2、CH4、N2O、氟利昂和水汽等。其中CO2和N2O这两种气体被认为是最重要的温室气体，对温室效应的贡献率约占15%。
虽然N2O与CO2相比在大气中的含量较低，属于痕量气体，但其增温效应是CO2的296~310倍[3]，在大气中的滞留时间长达150多年，且能通过光化学反应，对大气臭氧有破坏作用[2]。据统计，最近十几年大气中N2O浓度每年的递增速度已达到了0.2%~0.3%，其浓度一旦增加，就很难得到控制和降低。预计到2050年大气中的N2O浓度将达到350～400ppb，如何控制N2O排放已成为刻不容缓的问题。
N2O的排放源主要有生物物质燃烧、化石燃料燃烧和土壤的释放等[4]，而土壤则是大气N2O的主要来源，其释放的N2O约占大气N2O总量的90%。农田生态系统在温室气体排放中占有很重要地位，是大气N2O重要的人为源，农业土壤N2O的排放约占人为排放源的45%[5]。
1.2 土壤N2O产生机理
N2O俗称笑气，是一种无色无毒甜味气体，于1772年被人类发现。在一定条件下可以支持燃烧，在高温下能分解成氮气和氧气，但在室温下稳定，有轻微麻醉作用，并能致人发笑。
农田土壤生物与非生物过程都可以产生N2O[6]。生物过程包含硝化作用、反硝化作用和硝酸根离子异化还原三个反应阶段；而非生物过程较之生物过程比较简单，主要就是化学反硝化作用。一般土壤中N2O气体的生成主要是在生物过程中生物的参与下，在硝化和反硝化的共同作用下完成[7]。
1.2.1 硝化作用
硝化作用是指微生物将NH4+、NH3或RNH2等还原态氮转化为NO2或NO3等氧化态氮的过程。硝化作用共有两种形式，一种为自养硝化，另一种为异养硝化。土壤硝化作用在一般情况下为自养硝化，即在土壤微生物的作用下将NH4+氧化为NO2、NO3，并获得能量的过程。还原态氮在硝化微生物驱动下被氧化为氧化态氮的过程中生成了副产物：N2O和NO。
自养硝化菌的碳源为CO2，并从NH4+或NH3的氧化过程中获得能量。自养硝化作用主要包括两个反应阶段[8]：第一阶段是在羟胺氧化还原酶（HAO）和氨单加氧酶（AMO）的催化下，将铵根离子或氨气氧化为NO2，其中间产物是NH2OH(NOH)；第二阶段是NO2在亚硝酸盐氧化还原酶（NOR）的催化下，被进一步氧化为NO3。通常情况下，这两个阶段分别由亚硝酸盐氧化菌（NOB）和氨氧化细菌两种微生物带动完成。
因为在硝化过程的限速过程中需要氨氧化作用，所以在有关氮生物地球化学循环的微生物学研究中，氨氧化过程的受关注程度要高于亚硝酸盐氧化过程。一直以来，变形菌纲中氨氧化细菌进行的专性好氧化自养过程包含具有代表性的氨氧化过程。在氨氧化古菌（AOA）和厌氧氨氧化细菌被发现之后，科学家们才感觉对于氨氧化微生物的了解根本还不够深入。AOA归属于泉古菌门[9]，是一类以重碳酸盐为碳源并独立于AOB进化分支外的进化类群。亚硝化弧菌属、亚硝化球菌属、亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化叶菌属等AOB菌属可以在土壤中分离出来，但是，当AOB在陆地生态系统中时，其大多数存在于变形菌纲β亚群的Nitrosospira和Nitrosomonas的两个属内。
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